Форма и размеры Земли
Поверхность, ограничивающая Землю как физическое тело, называется физической поверхностью Земли. Эта поверхность носит сложный нерегулярный характер, обусловленный неровностями рельефа: горами, равнинами, впадинами. На такой поверхности ввести какую-либо приемлемую для практики систему координат невозможно, поэтому эту поверхность необходимо «сгладить». Для этого используется понятие уровенной поверхности.
Уровенная поверхность – поверхность, во всех точках перпендикулярная направлению силы тяжести (отвесной линии).
В качестве сглаженной фигуры Земли разумно выбрать форму уровенной поверхности, совпадающей с физической поверхностью в морях и океанах, где нет неровностей рельефа. Такая фигура получила название геоида.
Геоид – фигура, образованная уровенной поверхностью, совпадающей в морях и океанах с их средней поверхностью.
В районах материков поверхность геоида проходит под уровнем рельефа местности. Эта поверхность называется средним уровнем моря, от которого отсчитывается высота рельефа и другие высоты. В России за начало уровня отсчета высот принято нулевое деление футштока (мерной линейки), установленной в Обводном канале г. Кронштадта.
Поверхность геоида хотя и является гладкой по сравнению с физической поверхностью Земли, но все же имеет неправильную форму (рис. 1.1). Геоид не имеет простого математического описания. Поэтому для упрощения вычислений расстояний и направлений его заменяют эллипсоидом вращения, который имеет правильную геометрическую форму и незначительно отличается от геоида.
6[Введите
содержимое боковой полосы. Боковая
полоса представляет собой независимое
дополнение к основному документу.
Обычно она выровнена по левому или
правому краю страницы либо расположена
в самом верху или в самом низу. Для
изменения форматирования надписи,
содержащей боковую полосу, используйте
вкладку "Работа с надписями". Введите
содержимое боковой полосы. Боковая
полоса представляет собой независимое
дополнение к основному документу.
Обычно она выровнена по левому или
правому краю страницы либо расположена
в самом верху или в самом низу. Для
изменения форматирования надписи,
содержащей боковую полосу, используйте
вкладку "Работа с надписями".]
Рис. 1.1. Поверхность геоида
Для удобства навигационных расчетов форму Земли представляют в виде шара с незначительным сжатием у полюсов. Этот эллипс имеет следующие размеры: экваториальный радиус а = 6378 км, полярный радиус b = 6357 км (рис. 1.2).
В воздушной навигации в большинстве случаях сжатием Земли пренебрегают и принимают Землю условно за шар, радиус которого составляет 6371 км.
Рис. 1.2. Земной элипсоид
Основные географические точки линии и круги на земном шаре.
Большим кругом называется окружность, образующаяся в результате сечения сферы плоскостью, проходящей через центр Земли.
Экватором называется большой круг, плоскость которого перпендикулярна оси вращения Земли (рис. 1.3).
Меридианом истинным, или географическим, называется большой круг, плоскость которого проходит через ось вращения Земли.
На земном шаре можно провести бесчисленное количество меридианов. Все меридианы сходятся у географических полюсов земли и расходятся к экватору (см. рис. 1.3).
Начальным меридианом, или нулевым, является Гринвичский меридиан, который когда-то проходил через расположенную вблизи г. Лондона Гринвичскую обсерваторию (сейчас обсерватория находится в другом месте, но меридиан сохранился).
Параллелью называется малый круг, плоскость которого перпендикулярна оси вращения и параллельна экватору (см. рис. 1.3).
Широтой (φ) (географической широтой) называется угол, заключенный между плоскостью экватора и направлением нормали к земной поверхности в данную точку (см. рис. 1.3). Нормалью называется перпендикуляр к касательной плоскости в данной точке эллипсоида.
Рис. 1.3. Сферические координаты
Широта отсчитывается от экватора к Северному и Южному полюсам от 0 до 90°. Если данная точка располагается в северном полушарии, то широта считается северной, а если в южном полушарии – южной. При расчетах по формулам северную широту можно считать положительной, а южную – отрицательной. На экваторе широта равна нулю, а на географических полюсах ±90°.
Долготой (λ) (географической долготой) называется двугранный угол, заключенный между плоскостями начального меридиана и меридиана данной точки (см. рис. 1.3).
Долгота отсчитывается в обе стороны от начального меридиана от 0 до 180. Если данная точка расположена в восточном полушарии, то долгота считается восточной, если в западном полушарии – западной.
При расчетах по формулам западной и восточной долготе можно приписывать знаки соответственно «–» и «+» (или наоборот, как это принято, например, в США).
Единицами измерения широты и долготы являются угловые градусы, минуты и секунды, а иногда и их десятичные доли (десятые, сотые и т. д.). За рубежом используются следующие буквенные обозначения: N (North) – север; S (South) – юг; Е (East) – восток; W (West) – запад.
Одни и те же значения широты и долготы в документах аэронавига-ционной информации при выполнении различных навигационных расчетов могут быть представлены по-разному, например:
47° 23' 12" с.ш. = N47° 23.2' = +47.38667°.
124° 45' 45" з.д. = W124° 45.75' = –124.7625°.
Длина дуги большого круга (в частности, экватора и меридиана) протяженностью в 1° в среднем равна 111,2 км. Именно в среднем, потому что на самом деле меридиан является не окружностью, а эллипсом и длина дуги в 1° различна на разных широтах. Соответственно длина дуги в одну минуту составляет в среднем 1,853 км, а секунды – около 31 м.
Длина дуги параллели в 1° составляет 111,2 cos.